Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Кроме того, файлы со структурамн макромалекул можно скачать и исследовать у себя на компьютере с ссомащьк> с вободно распространяемых программ, таких как КэзМа1, Ргоге(п Ехр!огег или Р1 гзгС1апсе на ) во 1, они доступны по адресу ъ ъ юлнпазз.едп/щ(сгоЬ(о/гахша!. Рис. 4-1б. Третичная структура миоглобина иашалота (РРВ 1Р 1МВО). Расположение молекулы одинаково на всех рисунках: тем выделен красным цветом.
Смысл данной иллюстрации состоит не только в том, чтобы познакомить читателя с самой структурой миоглобина но и продемонстрировать различные способы изображения белковых молекул. а) Полипептидный осюв показан в виде ленточной модели (такой тип изображения был введен Джейн Ричардсон); хорошо видны участки со вторичной структурой в частности сс-спирали. б) На поверхности целой молекулы можно увидеть карманы в структуре глобулы, в которых потуг связываться другие молекулы.
в) Ленточная модель на которой показаны боковые группы (выделены синим цветом) гидрофобных аминокислотных остатков (1ец Пе, Уа1 и РЬе). г) Пространственная модель с изображением боковых групп; размер каждой сферы соответствует ван-дер-ваальсову радиусу атома. Гидрофобные остатки выделены синим цветом; большинство из них скрыто в глубине молекулы белка. (194] Часть 1.
4. Трехиеркая структура белков Исследование структуры миоглобина позволило подобрать первые ключи к разгадке глобулярной структуры белка Э Архитектура белка — третичная структура небольших глобулярных белков, П. Миоглобин. Первым прорывом в понимании трехмерной струкгуры белка стало исследование молекулы миоглобипа методом рентгеноструктурпого анализа, осуществленное Джоном Кендрю с коллегами в 1950-х гг. Миоглобин — зто относительно небольшой белок мышечных клеток (М, = 16700), связывающий кислород. Его функция заключается как в хранении кислорода, так и в облегчении сго диффузии в быстро сокращающихся мышечных тканях.
Миоглобин состоит из одной полипептидной цепи, содержашсй 153 амипокислотных остатка, последовательность которых известна, и гома (комплекса железа(11) с протопорфнрином). Такой же гем есть в гемоглобине — белке эритроцитов, отвечающем за перенос кислорода. Именно с наличием тема связана темная красно-коричневая окраска миоглобица и гегкоглобина. Особенно много миоьзюбина у моргких млекопитающих — китов, тюленей и дельфинов, так что их мышцы имеют коричневый цвет.
Механизм хрансния и распре- деления миоглобнна в мыпшах этих животных позволяет им длптелыюе время находиться под водой. Функции миогкйпца и других глебиков болсс подробно рассматриваются в гл. 5. На рис. 4-1б прсдставлецо несколько способов изображения пространственной струкгуры ипоглобина, т.
е. его трстичпой структуры. Красная группа внутри белка — это гсм. Основная цепь люлскулы миоглобина состоит из восьми относительно прямых участков а-спирали, прерываемых петлями, некоторые пз пих имеют структуру (5-поворотов. Самая длинная о.-спираль содержит 23 ампнокислотцых остатка, самая короткая — только 7; вес спирали правые. Батсе 70% аминокислотных остатков миоглобпца входят в состав гз-спиральных участков. Рснтгеноструктурный анализ позволил определить точное расположение всех К-групп, которые занимают практически вес свободное место внутри свернутой молекулы белка.
На основании анализа структуры миоглобкна были сделаны многие важные выводы. Положение боковых цепей аминокислотных остатков связано с гидрофобпыми взаимодействиями, а значит, со стабильностью структуры белка. Болыпинство гидрофобных К-групп сосредото- 4.3 Треп2чная и четвертичная структуры белка (195] чены внутри молекулы миоглобина и поэтому не контактируют с водной средой.
Все полярные й-группы миоглобина, за исключением двух, находятся на внешней поверхности молекулы в гидратированном состоянии. Молекула белка настолько компактна, что внутри глобулы хватает места лишь для четырех молекул воды. Наличие такого плотного гидрофобного ядра типично для глабулярных белков. В органической жидкости даля пространства, занимаемая атомами, составпястот 0,4 до 0,6, в типичном кристщше — от 0,70 да 0,78, т. с.
близко к теоретическому максимуму, и в глобулярном белке — 0,75, что сравнимо со значением в кристалле. В таком тесном контакте между атомами слабые взаимодействия значительно усиливаются. Например, неполярные боковые цепи аминокислотных остатков в гидрафабпом ядре миоглобина расположены настолько близко, что действующие на коротких расстояниях ван-дер-ваальсовы взаимодействия вносят весьма заметный вклад в стабилизацию структуры. Определение структуры миоглобина подтвердило некоторые предположения и выявило 0 0 2 Ф С ъ / С / сн, сн, сй, с сн с и СН2 С С С С СН2 ! l с — н' н — с С вЂ” Х 'Я=с СН вЂ” С С С С вЂ” СН2 "Ф, р-.Ф~ СН2 С Сн С ! ! Сн СН я 6 0, !2ис 4-1б. Строение гама.
Гемавая группа есть в миаглабпяе, гемаглабмне, цмтахрамах и многих других белках. а) Гем представляет собой сложную палициплическую гппухтуру (протапарфирмн), с нагорай связан иан Геьз Атом железа имеет шесть координационных связеи, чеп2ре из которых расположены в ппаспасти молекулы парфирияа и связывают атом Ге с ней; две двутме связи нж2паппеяы перпендикулярно парфиринаваму кольцу. б) В миаглабмие и гемагпабине одна из связей, перпеидпхупприыхпарфиринавамукольцу,занята атомом азота из остатка НЬ.
Другая связь свободна и служит дпя спязвания молекулы кислорода. некоторые новые элементы вторичной структуры. Как предсказывали Полпнг и Кори, все пептидные связи находятся в плоской глрансконфигурацяи. Именно анализ структуры миоглобина впервые экспериментально подтвердил существование и-спиралей. Три из четырех остатков Рго в миоглобине расположены в изгибах последовательности. Четвертый остаток пролина находится внутри одной о.-спирали, гдс образует петлю, необходимую для более плотной упаковки спиралей. Гем имеет плоскую форму и находится в щели (кармане) на молекуле миоглобина.
В центре гема расположен атом железа, две координационные связи которого направлены перпендикулярно к плоскости тема (рис. 4-16). Одна из этих связей соединена с К-группой остатка Н)з в позиции 93, другая служит для связывания молекулы кислорода. Внутри кармана доступность тема для растворителя крайне ограничсна. Это очснь важно, поскольку свободный гем очснь быстро окисляется, в результате чего ион гез превращается в гез', а в такой форме тем не способен связывать кислород. Поскольку изучено много различных типов структуры миоглобина, у исследователей появилась возможность наблюдать структурные изменения, сопровождающие связывание кислорода или других молекул, что позволило впервыс понять и продемонстрировать связь между структурой белка и его функцией.
С тех пор аналогичные исследования были проведены для сотни белков. Сегодня результаты рентгеновской лифракции дополняются данными таких методов, как ЯМР-спектроскопия, что позволяет получить еще больший объем информации (лоп. 4-5). В результате секвенирования геномов многих организмов (гл. 9) удалось идентифицировать тысячи генов, копирующих белки с известной последовательностью, но с неизвестными пока функциями! это направление исследований стремитсльно развивается. Глобулярные белки имеют разные типы третичной структуры Из наших знаний о третичной структуре сотен глобулярных белков ясно, что миоглобин является иллюстрацией всего лишь одного из множества возможных способов свертывания полнпептид- ЦЩЯЩ Рис.
1. Этапы работы при определении структуры миоглобина кашалота с помощью рентгеноструктурного анализа. а) Получение дифрактограммы кристаллического образца белка. б) Расчет нарты электронной плотности белка на основании дифракционной картины. Здесь показана карта электронной плотности только части молекулы — ее тема. в) Участки наибольшей электронной плотности указывают на расповожение атомных ядер; на основании этой информации воссоздается полная картина; модель структуры гена по нарте его электронной плотности. г) Полная структура гемсодержащего миоглобина кашалота (РВВ Ш 2ИВ%). (196! Часть 1.
4. Трехмерная струк>ура белков Метод ренттеноструктурного анализа Положение атомов в криста>пической решетке можно определить, измеряя положсние и интенсивность пятен (точек), яысвсчиваемых па фотопленке рентгеновскими лучами заданной длины волны после их дифракции на электронах этих атомов. Например, рентгеноструктурный анализ кристаллов хлорида натрия показывает, что ионы Ха' и С1- вместе образуют простук> кубическую решетку Подобпыл» же образом можно определять расстояния между разными атол>ами в сложных органических м>шекулах, даже таких крупных, как белки.
Но процедура анализа кристаллической структуры этих сложных молекул гораздо более трулосмкая, чем в случае простых солей. Если повторяю>нимся злсмснтом кристаллической ячейки является такая болыпая молекула, как белок, то составляющие его многочисленные атомы дают тысячи днфракционных точек, и здесь нужны уже компьютерные методы обработки результатов. Процесс днфракции рент>сионских лучей можно представить на примере получении изображения в световом микрг>скопе. Свет от точечного источника фокусируют па изучаемом объекте.
Волны света рассеиваются объектом, а затем с помощью линз собираются вновь, создавая его увеличенное изображение. Минимальный размер объекта, который можно исследовать с помощью светового микроскопа, определяется длиной волны видимо~о света (от 400 ло 700 пм). Объекты, размер которых меньше полонины длины волны падавшего света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
